La nuova tecnologia di stampa al grafene può produrre circuiti elettronici a basso costo, flessibile, altamente conduttivo e idrorepellente.

La nanotecnologia "presterebbe enorme valore all'elettronica indossabile/lavabile autopulente e resistente alle macchie, o formazione di ghiaccio e biofilm, "Secondo un recente documento che descrive la scoperta.

"Stiamo prendendo a basso costo, grafene stampato a getto d'inchiostro e sintonizzandolo con un laser per realizzare materiali funzionali, " ha detto Jonathan Claussen, un assistente professore di ingegneria meccanica della Iowa State University, un associato dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e l'autore corrispondente del documento recentemente apparso sulla copertina della rivista Nanoscala .

Il documento descrive come Claussen e i nanoingegneri del suo gruppo di ricerca utilizzano la tecnologia di stampa a getto d'inchiostro per creare circuiti elettrici su materiali flessibili. In questo caso, l'inchiostro è scaglie di grafene - il materiale meraviglioso può essere un ottimo conduttore di elettricità e calore, in più è forte, stabile e biocompatibile.

I fiocchi stampati, però, non sono altamente conduttivi e devono essere elaborati per rimuovere i leganti non conduttivi e saldare insieme i fiocchi, aumentando la conduttività e rendendoli utili per l'elettronica o i sensori.

Quel processo post-stampa in genere coinvolge calore o sostanze chimiche. Ma Claussen e il suo gruppo di ricerca hanno sviluppato un processo laser a impulsi rapidi che tratta il grafene senza danneggiare la superficie di stampa, anche se si tratta di carta.

E ora hanno trovato un'altra applicazione della loro tecnologia di elaborazione laser:prendere circuiti stampati con grafene che possono contenere gocce d'acqua (sono idrofili) e trasformarli in circuiti che respingono l'acqua (sono superidrofobici).

"Stiamo micromodellando la superficie del grafene stampato a getto d'inchiostro, "Ha detto Claussen. "Il laser allinea verticalmente i fiocchi di grafene, come piccole piramidi che si accumulano. Ed è questo che induce l'idrofobicità".

Claussen ha affermato che la densità di energia dell'elaborazione laser può essere regolata per regolare il grado di idrofobicità e conduttività dei circuiti stampati in grafene.

E questo apre tutti i tipi di possibilità per nuovi dispositivi elettronici e sensori, secondo la carta.

"Una delle cose che saremmo interessati a sviluppare sono i materiali anti-biofouling, " disse Loreen Stromberg, un coautore di articoli e un ricercatore post-dottorato dello Stato dell'Iowa in ingegneria meccanica e per il Virtual Reality Applications Center. "Questo potrebbe eliminare l'accumulo di materiali biologici sulla superficie che inibirebbero le prestazioni ottimali di dispositivi come sensori chimici o biologici".

La tecnologia potrebbe anche avere applicazioni nell'elettronica flessibile, sensori lavabili nei tessuti, tecnologie microfluidica, riduzione della resistenza, sbrinamento, sensori elettrochimici e tecnologia che utilizza strutture di grafene e simulazione elettrica per produrre cellule staminali per la rigenerazione dei nervi.

I ricercatori hanno scritto che dovrebbero essere condotti ulteriori studi per comprendere meglio come le nano e microsuperfici del grafene stampato creano le capacità idrorepellenti.

Gli studi attuali sono stati sostenuti da sovvenzioni della National Science Foundation, l'Istituto Nazionale per l'Alimentazione e l'Agricoltura del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, il Roy J. Carver Charitable Trust più il College of Engineering dell'Iowa State e il dipartimento di ingegneria meccanica.

La Iowa State University Research Foundation sta lavorando per brevettare la tecnologia e l'ha opzionata a una startup con sede ad Ames, NanoSpy Inc., per eventuale commercializzazione. NanoSpia, situato presso l'Iowa State University Research Park, sta sviluppando sensori per rilevare la salmonella e altri agenti patogeni negli impianti di lavorazione degli alimenti. Claussen e Stromberg fanno parte dell'azienda.

La stampa al grafene, la tecnologia di elaborazione e messa a punto si sta rivelando molto utile, ha detto Stromberg. Dopotutto, "l'elettronica viene incorporata in tutto".